KR20180124489A - Apparatus for measuring optical interference - Google Patents

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KR20180124489A
KR20180124489A KR1020170059100A KR20170059100A KR20180124489A KR 20180124489 A KR20180124489 A KR 20180124489A KR 1020170059100 A KR1020170059100 A KR 1020170059100A KR 20170059100 A KR20170059100 A KR 20170059100A KR 20180124489 A KR20180124489 A KR 20180124489A
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박재석
유정수
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휴멘 주식회사
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Abstract

An optical interference measuring apparatus is disclosed. The optical interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention is designed to measure the surface of an object to be measured, by using interference fringes, and comprises: a broadband light source; an optical delay system which splits a laser beam output from the broadband light source into two laser beams having a time delay, combines the two split laser beams, and outputs the same; and an interferometer connected to the optical delay system by an optical fiber, so as to create interference fringes by producing interference between a reference beam obtained when the combined laser beam output from the optical delay system is reflected from a reference mirror and a measurement beam obtained when the combined laser beam is transmitted through the reference mirror and reflected from the object to be measured.

Description

광간섭 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING OPTICAL INTERFERENCE}[0001] APPARATUS FOR MEASURING OPTICAL INTERFERENCE [0002]

본 발명은 광간섭 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 간섭계를 이용하여 측정대상물의 표면을 측정하는 광간섭 측정 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical interference measurement apparatus, and more particularly, to an optical interference measurement apparatus for measuring a surface of a measurement object using a laser interferometer.

일반적으로, 레이저 간섭계를 이용하여 대면적의 측정대상물에 대한 간섭무늬를 생성하고, 생성된 간섭무늬를 이용하여 측정대상물의 표면을 측정한다.Generally, an interference fringe is generated for a large-area measurement object using a laser interferometer, and the surface of the measurement object is measured using the generated interference fringe.

레이저 간섭계, 예를 들면, 피조 간섭계(Fizeau interferometer)는 기준 광과 샘플광이 동일한 경로 내에서 발생하여 간섭무늬를 발생시키기 때문에 측정 과정에서의 잡음을 상쇄시키는데 유리하다. 따라서 진동의 영향을 줄이는 것이 중요한 측정분야나 정밀 측정을 요하는 분야에서 많이 사용된다.A laser interferometer, for example a Fizeau interferometer, is advantageous in canceling the noise in the measurement process because the reference light and the sample light are generated in the same path to generate interference fringes. Therefore, it is widely used in measurement fields and precision measurement fields where it is important to reduce the influence of vibration.

서로 다른 광 경로를 갖는 두 개의 파면들이 합쳐지면 간섭무늬가 생성된다. 두 개의 파면들 중 하나의 파면의 광 경로를 강제적으로 변화시켜 여러 개의 간섭무늬를 얻은 후 해석하면 두 개의 파면들 사이의 광 경로 차에 대한 상대적 위상차를 구할 수 있다. 두 개의 파면들 중 하나의 파면의 광 경로를 강제적으로 변화시킨다는 것은 기준 파면이나 측정 파면의 위상 항에 시변 위상을 임의적으로 추가해 위상 변조를 구현하는 것을 의미한다. 위상 변조를 구현할 수 있는 방법은 회절격자를 이용하는 방법이나 압전 변환기(Piezo-electric transducer ; PZT)를 이용하는 방법 등이 있다. 일반적으로 PZT를 이용해 기준 파면 또는 측정 파면을 임의의 기준 위상만큼 천이시켜 광 경로차를 변화시키는 방법이 사용된다.When two wavefronts having different optical paths are combined, an interference pattern is generated. By forcibly varying the optical path of one of the two wavefronts, the relative phase difference between the optical path differences between the two wavefronts can be obtained by obtaining several interference fringes. Forcibly changing the optical path of one of the two wavefronts implies implementing phase modulation by arbitrarily adding a time-varying phase to the phase terms of the reference wavefront or the measured wavefront. The phase modulation can be realized by a method using a diffraction grating or a method using a Piezo-electric transducer (PZT). Generally, a method of changing the optical path difference by shifting the reference wavefront or the measured wavefront by arbitrary reference phase is used by using PZT.

기존의 피조 간섭계를 이용한 광간섭 측정 장치는 PZT를 이용하여 기준 파면에 대응하는 기준 미러를 광축 방향으로 이동시켜 기준 파면과 측정 파면의 광 경로차를 변화시킨다.An optical coherence measuring apparatus using a conventional coherent interferometer changes the optical path difference between the reference wavefront and the measurement wavefront by moving the reference mirror corresponding to the reference wavefront in the direction of the optical axis using PZT.

하지만, PZT를 이용하여 기준 미러를 이동시키기 때문에 진동이 발생하고, 이 발생된 진동에 의해 간섭무늬가 영향을 받을 수 있다. 이로 인해, 측정 정확도가 떨어질 수 있다.However, since the reference mirror is moved using PZT, vibration occurs, and the interference pattern can be influenced by the generated vibration. As a result, the measurement accuracy may be lowered.

또한, 기존에는 피조 간섭계가 PZT를 포함하기 때문에 장치 구성을 소형화하기 어렵다.In addition, since the fabricated interferometer includes PZT in the prior art, it is difficult to miniaturize the device configuration.

일본공개특허공보 특개2002-340539호(2002.11.27.공개)Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-340539 (published on November 27, 2002)

2005년 창원대학교 박사논문, 레이저 간섭계를 이용한 소형 비구면 렌즈의 성능 평가에 관한 연구, 장남영A Study on the Performance Evaluation of Small Aspherical Lens Using Laser Interferometer, Chang Nam-young

본 발명의 실시예는 측정 정확도를 높이고 간섭계를 보다 작고 슬림하게 구현할 수 있는 광간섭 측정 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an optical interference measuring apparatus which can increase the measurement accuracy and realize the interferometer in a smaller and slimmer manner.

본 발명의 일 측면에 따르면, 간섭무늬를 이용하여 측정대상물의 표면을 측정하는 광간섭 측정 장치에 있어서, 광대역 광원; 상기 광대역 광원으로부터 출력된 레이저광을 시간차를 가진 두 개의 레이저광으로 분리하고, 상기 분리된 두 개의 레이저광을 결합하여 출력하는 지연 광학계; 및 상기 지연 광학계와 광섬유에 의해 연결되고, 상기 지연 광학계로부터 출력된 결합 레이저광이 기준 미러에 반사된 기준광과, 상기 기준 미러를 투과하여 측정대상물에 반사된 측정광을 서로 간섭시켜 간섭무늬를 형성하는 간섭계를 포함하는 광간섭 측정 장치가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an optical interference measuring apparatus for measuring a surface of an object to be measured using an interference fringe, comprising: a broadband light source; A delay optical system for separating the laser light output from the wideband light source into two laser lights having a time difference and outputting the separated two laser lights in combination; And an interference fringe formed by interference of the reference light reflected from the reference mirror and the measurement light reflected by the measurement object, transmitted through the reference mirror, by the combined optical fiber and the delay optical system, An optical interference measuring apparatus including an interferometer for measuring an optical interference can be provided.

또한, 상기 간섭계가 피조 간섭계에 의해 구성될 수 있다.Further, the interferometer may be constituted by a fabricated interferometer.

또한, 상기 간섭계가 마이컬슨 간섭계에 의해 구성될 수 있다.In addition, the interferometer may be constructed by a Michelson interferometer.

또한, 상기 지연 광학계는 광 분배 결합기, 상기 광 분배 결합기로부터 출력된 제1 레이저광의 광축상에 마련된 제1 콜리메이터 렌즈와 제1 미러, 상기 광 분배 결합기로부터 출력된 제2 레이저광의 광축상에 마련된 제2 콜리메이터 렌즈와 제2 미러를 포함하고, 상기 광 분배 결합기는 상기 광대역 광원으로부터 출력된 레이저광을 상기 제1 레이저광과 제2 레이저광으로 분리시키고, 분리된 레이저광들 중 상기 제1 레이저광을 상기 제1 콜리메이터 렌즈를 거쳐 상기 제1 미러에 입사시키고, 상기 제2 레이저광을 상기 제2 콜리메이터 렌즈를 거쳐 상기 제2 미러에 입사시키고, 상기 제1 미러에 반사된 제1 레이저광과, 상기 제2 미러에 반사된 제2 레이저광을 결합하고, 상기 결합된 레이저광을 출력할 수 있다.The delay optical system may further include an optical splitter, a first collimator lens and a first mirror provided on the optical axis of the first laser light output from the optical splitter / coupler, and a second mirror disposed on the optical axis of the second laser light output from the optical splitter / 2 collimator lens and a second mirror, wherein the optical splitter combines the laser light output from the broadband light source into the first laser light and the second laser light, and separates the first laser light Wherein the first collimator lens and the second collimator lens are made incident on the first mirror via the first collimator lens, the second laser beam is incident on the second mirror via the second collimator lens, The second laser light reflected by the second mirror may be coupled to output the combined laser light.

또한, 상기 지연 광학계는 상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광이 시간차를 가지도록 상기 제1 미러와 제2 미러 중 어느 하나를 이동시키는 이동부를 포함할 수 있다.The delay optical system may include a moving unit that moves one of the first mirror and the second mirror such that the first laser beam and the second laser beam have a time difference.

또한, 상기 지연 광학계는 상기 광 분배 결합기와 상기 제1 콜리메이터 렌즈를 연결하는 제1 광섬유와, 상기 광 분배 결합기와 상기 제2 콜리메이터 렌즈를 연결하는 제2 광섬유를 포함하고, 상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광이 시간차를 가지도록 상기 광섬유의 길이를 가변시키는 광섬유길이조절부가 마련될 수 있다.The delay optical system may further include a first optical fiber for coupling the optical distributor and the first collimator lens and a second optical fiber for coupling the optical distributor and the second collimator lens, And an optical fiber length adjusting unit for varying the length of the optical fiber so that the second laser beam has a time difference.

또한, 상기 지연 광학계는 상기 광 분배 결합기와 상기 제1 콜리메이터 렌즈를 연결하는 제1 광섬유와, 상기 광 분배 결합기와 상기 제2 콜리메이터 렌즈를 연결하는 제2 광섬유를 포함하고, 상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유 중 어느 하나에는 광섬유의 편광을 조절하는 편광조절부가 마련될 수 있다.The delay optical system may further include a first optical fiber connecting the optical distributor and the first collimator lens and a second optical fiber connecting the optical distributor and the second collimator lens, One of the second optical fibers may be provided with a polarization controller for controlling the polarization of the optical fiber.

또한, 상기 기준 미러는 상기 측정대상물로부터 미리 설정된 간격으로 고정 설치될 수 있다.In addition, the reference mirror may be fixedly installed at a predetermined interval from the measurement object.

본 발명의 실시예는 간섭계에서 PZT를 통해 기준 미러를 이동시키지 않기 때문에 진동으로 인해 간섭무늬가 영향을 받는 것을 미연에 방지할 수 있어 측정 정확도를 높일 수 있고, 간섭계가 PZT를 포함하지 않기 때문에 장치 구성을 작고 슬림하게 구현할 있다.Since the reference mirror is not moved through the PZT in the interferometer, it is possible to prevent the interference fringe from being affected by the vibration, so that the measurement accuracy can be improved. Since the interferometer does not include the PZT, The configuration can be implemented small and slim.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광간섭 측정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광간섭 측정 장치에서 각 구성요소를 통과한 레이저광을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광간섭 측정 장치에서 지연 광학계의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광간섭 측정 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic block diagram of an optical coherence measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a laser beam passing through each component in the optical interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing another embodiment of a delay optical system in an optical interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic configuration diagram of an optical interference measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달할 수 있도록 하기 위해 예로서 제공하는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화할 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장하여 표현할 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments to be described below are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. The present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of components are exaggerated for the sake of convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광간섭 측정 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광간섭 측정 장치에서 각 구성요소를 통과한 레이저광을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a schematic structural view of an optical interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic view illustrating an optical interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 광간섭 측정 장치는 광대역 광원(10), 지연 광학계(20), 피조 간섭계(30), 카메라(40) 및 제어기(50)를 포함할 수 있다.1 and 2, the optical interference measuring apparatus may include a broadband light source 10, a delay optical system 20, an interferometer 30, a camera 40, and a controller 50.

광대역 광원(10)은 지연 광학계(20)와 광섬유(F)에 의해 연결되어 있다.The broadband light source 10 is connected to the delay optical system 20 by an optical fiber F. [

광대역 광원(10)은 광섬유(F)를 통해 지연 광학계(20)에 레이저광을 조사한다.The broadband light source 10 irradiates the delay optical system 20 with laser light through the optical fiber F. [

지연 광학계(20)는 광 분배 결합기(21), 한 쌍의 콜리메이터 렌즈(22A,22B), 한 쌍의 미러(23A,23B) 및 이동수단으로서의 압전 구동 소자(24)를 포함할 수 있다.The delay optical system 20 may include a light distribution combiner 21, a pair of collimator lenses 22A and 22B, a pair of mirrors 23A and 23B, and a piezoelectric driving element 24 as a moving means.

광 분배 결합기(21)와 한 쌍의 콜리메이터 렌즈(22A,22B)는 광섬유(F)에 의해 연결되어 있다.The optical distributor / coupler 21 and the pair of collimator lenses 22A and 22B are connected by an optical fiber F.

광 분배 결합기(21)는 광대역 광원(10)으로부터 출력된 레이저광을 두 개로 분리한다. 분리된 레이저광 중 어느 하나는 제1 콜리메이터 렌즈(22A)에 입사된다.The optical distributor / coupler 21 separates laser light output from the broadband light source 10 into two laser light beams. Any one of the separated laser beams is incident on the first collimator lens 22A.

제1 콜리메이터 렌즈(22A)는 광 분배 결합기(21)로부터의 레이저광을 평행광으로 제1 미러(23A)에 전달한다. 제1 미러(23A)에 입사된 평행광은 제1 미러(23A)에 반사된 후 제1 콜리메이터 렌즈(22A)를 거쳐 광 분배 결합기(21)에 입사된다.The first collimator lens 22A transmits the laser light from the optical distributor / coupler 21 to the first mirror 23A as parallel light. The parallel light incident on the first mirror 23A is reflected by the first mirror 23A and is incident on the optical distributor / coupler 21 through the first collimator lens 22A.

제2 콜리메이터 렌즈(22B)는 광 분배 결합기(21)에 의해 분리된 다른 하나의 레이저광을 평행광으로 제2 미러(23B)에 전달한다. 제2 미러(23B)에 입사된 평행광은 제2 미러(23B)에 반사된 후 제2 콜리메이터 렌즈(22B)를 거쳐 광 분배 결합기(21)에 입사된다.The second collimator lens 22B transmits the other laser beam separated by the optical distributor / coupler 21 to the second mirror 23B as parallel light. The parallel light incident on the second mirror 23B is reflected by the second mirror 23B and is incident on the optical distributor / coupler 21 via the second collimator lens 22B.

광 분배 결합기(21)는 광 분배 결합기(21)로부터 출사된 레이저광 중 제1 미러(23A)에 반사된 제1 레이저광(E1(t))과, 제2 미러(23B)에 반사된 제2 레이저광(E2(t+τ1))를 결합한 레이저광(EDelay, EDelay ≒ E1(t) + E2(t+τ1))를 광섬유를 통해 콜리메이터 렌즈(31)에 출력한다.The optical distributor / coupler 21 receives the first laser beam E1 (t) reflected by the first mirror 23A and the second laser beam E1 (t) reflected by the second mirror 23B from the laser beam emitted from the optical distributor / a second laser light (E2 (t + τ1)), the laser light (E Delay, Delay E ≒ E1 (t) + E2 (t + τ1)) that combines and outputs it to the collimator lens 31 through the optical fiber.

즉, 광 분배 결합기(21)는 광대역 광원(10)로부터 출력된 레이저광에 대하여 두 개의 레이저광의 시간차 변화가 일어나는 제1 레이저광(E1(t))과 제2 레이저광(E2(t+τ1))을 만들고, 만든 제1 레이저광(E1(t))과 제2 레이저광(E2(t+τ1))을 결합하고, 결합된 레이저광(EDelay)을 출력한다. τ1 은 제1 미러(23A)와 제2 미러(23B)의 거리 차이로 인한 레이저광의 추가 경로 진행 시간을 나타낸다.That is, the optical distributor / coupler 21 combines the first laser beam E1 (t) and the second laser beam E2 (t + τ1 (t)), in which the time difference of the two laser beams is changed with respect to the laser beam output from the broadband light source 10 ), And combines the first laser light E1 (t) and the second laser light E2 (t + τ1), and outputs the combined laser light E Delay . and? 1 represents an additional path travel time of the laser light due to the distance difference between the first mirror 23A and the second mirror 23B.

압전 구동 소자(24)는 제어기(50)의 제어에 따라 제2 미러(23B)를 광축방향으로 이동시킨다. 이에 따라, 제2 레이저광(E2(t+τ1))의 τ1 이 변한다. τ1 을 변화시킴으로써 제1 레이저광(E1(t))과 제2 레이저광(E2(t+τ1))의 시간차 변화가 일어나게 할 수 있다.The piezoelectric driving element 24 moves the second mirror 23B in the optical axis direction under the control of the controller 50. [ Thus,? 1 of the second laser light E2 (t +? 1) is changed. it is possible to cause a time difference change between the first laser light E1 (t) and the second laser light E2 (t +? 1) by changing? 1.

압전 구동 소자(24) 외에도 모터 등을 이용하여 제2 미러(23B)를 이동시키는 것도 가능하다. 제2 미러(23B)를 이동시키는 수단이면 어떠한 수단도 사용 가능하다.It is also possible to move the second mirror 23B by using a motor or the like in addition to the piezoelectric driving element 24. [ Any means can be used as long as it is a means for moving the second mirror 23B.

피조 간섭계(30)는 콜리메이터 렌즈(Collimator lens)(31), 빔 스플리터(Beam splitter)(32) 및 기준 미러(Reference mirror)(33)를 포함할 수 있다.The interferometer 30 may include a collimator lens 31, a beam splitter 32, and a reference mirror 33.

콜리메이터 렌즈(31)는 광 분배 결합기(21)로부터 출력된 결합 레이저광(EDelay)을 평행광으로 변환하여 빔 스플리터(32)에 전달한다.The collimator lens 31 converts the combined laser light E Delay output from the optical distributor / coupler 21 into parallel light and transmits the parallel light to the beam splitter 32.

빔 스플리터(32)는 결합 레이저광(EDelay)을 기준 미러(33)에 수직하게 출력한다. 피조 간섭계의 경우 이 기준 미러는 일정한 비율의 빛은 반사시키고 나머지는 투과시키는 특성을 가진다.The beam splitter 32 outputs the combined laser light (E Delay ) perpendicularly to the reference mirror 33. In the case of the fabricated interferometer, the reference mirror has a characteristic of reflecting a certain proportion of light and transmitting the rest.

기준 미러(33)에 출력된 결합 레이저광(EDelay) 중 일부 기준 미러(33)에 반사되어 빔 스플리터(32)에 되돌아온다. 이것이 기준광(Ef(t))이 된다. 나머지는 기준 미러(33)를 투과하여 측정대상물에 반사되어 빔 스플리터(32)로 되돌아온다. 이것이 측정광(Es(t))이 된다.Reflected by the reference mirror 33 among the combined laser light E Delay output to the reference mirror 33 and returned to the beam splitter 32. [ This becomes the reference light Ef (t). And the rest is transmitted through the reference mirror 33, reflected by the measurement object, and returned to the beam splitter 32. This is the measurement light Es (t).

빔 스플리터(32)는 기준 미러(33)에 반사된 기준광(Ef(t))과, 측정대상물(S)에 반사된 측정광(Es(t))이 서로 간섭하는 광학 소자이다. 기준광(Ef(t))에 측정광(Es(t))이 간섭하여 간섭광(ET(t))이 만들어진다. 그러한 간섭에 의해 기준광(Ef(t))과 측정광(Es(t))의 위상차에 따라 간섭무늬가 형성된다.The beam splitter 32 is an optical element in which the reference light Ef (t) reflected by the reference mirror 33 and the measurement light Es (t) reflected by the measurement object S interfere with each other. The measuring light Es (t) interferes with the reference light Ef (t) to generate the interference light E T (t). The interference fringes are formed according to the phase difference between the reference light Ef (t) and the measurement light Es (t).

기준광(Ef(t)), 측정광(Es(t)) 및 간섭광(ET(t))은 다음의 식 [1] 로 나타낼 수 있다.The reference light E t (t), the measurement light Es (t) and the interference light E T (t) can be expressed by the following equation [1].

Ef(t) ≒ rfEDelay ≒ rf[E1(t) + E2(t+τ1)] Ef (t) ≒ r f E Delay ≒ r f [E1 (t) + E2 (t + τ1)]

Es(t) ≒ rsEDelay (t+τ2) ≒ rs[E1(t+τ2) + E2(t+τ1+τ2)] Es (t) ≒ r s E Delay (t + τ2) ≒ r s [E1 (t + τ2) + E2 (t + τ1 + τ2)]

ET(t) ≒ Ef(t) + Es(t) --- 식 [1]E t (t)? Ef (t) + Es (t) --- Equation [1]

여기서, rf, rs 는 각각 기준 미러(33)와 샘플의 반사 계수(refection coefficient)를 나타내는 상수이고, τ2 는 기준 미러(33)와 측정대상물(S)의 거리 차이로 인한 레이저광의 추가 경로 진행 시간이다.Here, r f , r s 2 is a constant indicating the reflection coefficient of the reference mirror 33 and the sample and tau 2 is an additional path travel time of the laser light due to the difference in distance between the reference mirror 33 and the measurement object S.

카메라(40)에는 빔 스플리터(32)로부터 출사된 간섭광(ET(t))이 결상된다. 카메라(40)는 이 간섭광(ET(t))를 촬영한 간섭무늬 이미지를 제어기(50)에 전송한다. 제어기(50)는 카메라(40)로부터 수신된 간섭무늬 이미지정보를 분석하여 측정대상물(S)까지의 거리, 형상 등 측정대상물(S)에 대한 표면을 측정한다.The interference light ET (t) emitted from the beam splitter 32 is imaged on the camera 40. The camera 40 transmits the interference fringe image of the interference light E T (t) to the controller 50. The controller 50 analyzes the interference fringe image information received from the camera 40 and measures the surface of the measurement object S such as the distance to the measurement object S and the shape.

간섭광(ET(t))의 강도(I)는 다음의 식 [2]로 나타낼 수 있다.The intensity I of the interference light E T (t) can be expressed by the following equation [2].

I ≒ DC + ρ[E2(t+τ1)E1(t-τ2)] --- 식 [2]I ≒ DC + ρ [E2 (t + τ1) E1 (t-τ2)] --- Expression [2]

여기서, DC는 측정된 신호 중 직류성분의 항들만을 나타내고, ρ는 카메라의 광전 변환 효율을 나타내는 상수이다.Here, DC denotes only the components of the DC component of the measured signal, and rho is a constant indicating the photoelectric conversion efficiency of the camera.

따라서, 간섭광에서 τ1과 τ2의 상대적인 시간차에 의해 간섭무늬가 나타낸다.Therefore, the interference fringe is represented by the relative time difference between? 1 and? 2 in the interference light.

τ1은 제어기(50)에 의해 제어 가능한 값이므로 τ2를 알 수 있고, 이 τ2를 알면, 측정 대상물의 표면을 측정할 수 있다.Since? 1 is a value that can be controlled by the controller 50,? 2 can be known, and if the? 2 is known, the surface of the object to be measured can be measured.

상기한 구성요소들을 갖는 광간섭 측정 장치의 작동을 살펴보면, 우선 광대역 광원(10)에서 레이저광이 출력되면, 이 레이저광은 광섬유를 통해 광 분배 결합기(21)에 입사된다.In operation of the optical interference measuring apparatus having the above-described components, when a laser beam is output from the broadband light source 10, the laser beam is incident on the optical distributor / combiner 21 through the optical fiber.

광 분배 결합기(21)에 입사된 레이저광은 광 분배 결합기(21)에서 두 개의 레이저광으로 분리된다. 두 개의 레이저광 중 하나는 제1 콜리메이터 렌즈(22A)에 의해 평행광으로 변환되고 제1 미러(23A)에 반사되어 광 분배 결합기(21)로 되돌아온다.The laser beam incident on the optical distributor / combiner 21 is separated into two laser beams in the optical distributor / combiner 21. One of the two laser beams is converted into parallel light by the first collimator lens 22A, reflected by the first mirror 23A, and returned to the optical distributor / coupler 21.

두 개의 레이저광 중 다른 하나는 제2 콜리메이터 렌즈(22B)에 의해 평행광으로 변환되고 제2 미러(23B)에 반사되어 광 분배 결합기(21)로 되돌아온다.The other of the two laser beams is converted into parallel light by the second collimator lens 22B, reflected by the second mirror 23B, and returned to the optical distributor / coupler 21.

광 분배 결합기(21)는 제1 미러(23A)에 반사된 제1 레이저광(E1(t)), 제2 미러(23B)에 반사된 제2 레이저광(E2(t+τ1))을 결합하고, 결합한 레이저광(EDelay)을 출력한다.The optical distributor / coupler 21 combines the first laser light E1 (t) reflected by the first mirror 23A and the second laser light E2 (t + τ1) reflected by the second mirror 23B And outputs the combined laser light (E Delay ).

광 분배 결합기(21)에서 출력된 결합 레이저광(EDelay)은 광섬유를 통해 콜리메이터 렌즈(31)에 입사된다.The combined laser light E Delay output from the optical distributor / coupler 21 is incident on the collimator lens 31 through the optical fiber.

콜리메이터 렌즈(31)에 입사된 결한 레이저광(EDelay)은 평행광으로 변환되고, 빔 스플리터(32)에 입사된다.The laser beam E Delay incident on the collimator lens 31 is converted into parallel light and is incident on the beam splitter 32.

빔 스플리터(32)에 입사된 레이저광은 기준 미러(33)에 반사되어 되돌아온다. 또한, 빔 스플리터(32)에 입사된 레이저광은 기준 미러(33)를 투과하여 측정대상물(S)에 반사되어 되돌아온다.The laser beam incident on the beam splitter 32 is reflected back to the reference mirror 33. The laser beam incident on the beam splitter 32 is transmitted through the reference mirror 33, reflected by the measurement object S, and returned.

빔 스플리터(32)에서는 기준 미러(33)에 반사된 기준광(Ef(t))과 측정대상물(S)에 반사된 측정광(Es(t))이 서로 간섭한 간섭광(ET(t))에 의해 간섭무늬가 형성된다.In the beam splitter 32, the interference light E T (t) in which the reference light Ef (t) reflected by the reference mirror 33 and the measurement light Es (t) reflected by the measurement object S interfere with each other, The interference fringe is formed.

이 간섭광(ET(t))은 카메라(40)에 결상된다. 카메라(40)는 결상된 간섭무늬를 촬영하고, 촬영된 간섭무늬 이미지정보를 제어기(50)에 전송한다.This interference light E T (t) is imaged on the camera 40. The camera 40 photographs the formed interference fringe and transmits the photographed fringe image information to the controller 50. [

제어기(50)는 압전 구동 소자(24)를 구동시켜 제2 미러(23B)를 광축방향으로 이동시킨다. 이에 따라, τ1 값이 변한다.The controller 50 drives the piezoelectric driving element 24 to move the second mirror 23B in the optical axis direction. Accordingly, the value of tau 1 is changed.

τ1 값이 변경됨에 따라 최종적으로 기준 미러(33)에 반사된 기준광(Ef(t))과 측정대상물(S)에 반사된 측정광(Es(t))이 서로 간섭한 간섭광(ET(t))이 변경되고, 변경된 간섭광(ET(t))에 의해 간섭무늬가 달라진다. 달라진 간섭무늬를 다시 촬영하는 방식으로 간섭무늬 이미지정보를 축적하고, 축적된 간섭무늬 이미지정보를 분석함으로써 측정대상물(S)의 표면을 측정할 수 있다.the interference light E T (t) in which the reference light E f (t) reflected finally on the reference mirror 33 and the measurement light Es (t) reflected on the measurement object S interfere with each other as the value τ 1 changes, t) is changed, and the interference pattern is changed by the changed interference light E T (t). The surface of the measurement object S can be measured by accumulating the interference fringe image information in such a manner that the changed interference fringe is photographed again and analyzing the accumulated interference fringe image information.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광간섭 측정 장치는 간섭무늬를 형성하기 위하여 피조 간섭계(30)의 기준 미러(33)를 이동시키는 대신에, 기준 미러(33)는 빔 스플리터(32) 또는 측정대상물(S)를 기준으로 고정시키고 피조 간섭계(30)에 입사되는 광원 자체를 시간차를 가진 두 개의 광원이 결합된 광원 형태로 구성한다.The reference mirror 33 is moved to the position of the beam splitter 32 in place of moving the reference mirror 33 of the interferometer 30 to form the interference fringe in the optical interference measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, Alternatively, the light source itself fixed to the measurement object S and incident on the interdigital transducer 30 is configured as a light source unit in which two light sources having a time difference are combined.

따라서, 피조 간섭계(30)의 기준 미러(33)를 광축 방향으로 이동시킬 때 발생하는 진동에 의해 간섭무늬가 영향을 받는 것을 미연에 방지할 수 있어 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 즉, 두 개의 광원의 시간차를 발생시키기 위하여 지연 광학계(20)의 제2 미러(23B)를 이동시키지만, 지연 광학계(20)가 피조 간섭계(30)로부터 이격된 위치에 설치되어 있고 광섬유로만 연결되어 지연 광학계(20)의 진동이 피조 간섭계(30)에 영향을 미치지 않기 때문에 피조 간섭계(30)에서 생기는 간섭무늬에 영향이 없다.Therefore, it is possible to prevent the interference fringe from being affected by the vibration generated when the reference mirror 33 of the coherent interferometer 30 is moved in the optical axis direction, and the measurement accuracy can be improved. That is, although the second mirror 23B of the delay optical system 20 is moved to generate the time difference between the two light sources, the delay optical system 20 is installed at a position spaced apart from the interferometer 30 and is connected only to the optical fiber Since the vibration of the delay optical system 20 does not affect the interferometer 30, there is no influence on the interference pattern generated in the interferometer 30.

또한, 기존에는 광대역 광원을 사용할 경우 기준광과 측정광이 간섭을 일으키는 간섭시간이 매우 짧기 때문에 피조 간섭계(30)의 기준 미러(33)와 측정대상물(S)의 간격을 줄여야 하므로 광학계 구성에 어려움이 있다. 하지만, 본 발명의 일실시예에서는 τ1 과 τ2의 상대적인 시간차에 의해 간섭이 이루어지는데, τ1를 상대적으로 크게 확보할 수 있어 간섭시간을 상대적으로 길게 할 수 있다. 이로 인해, 피조 간섭계의 셋업이 용이하다.In addition, since the interference time for interference between the reference light and the measurement light is very short when the wide-band light source is used, the interval between the reference mirror 33 and the measurement object S of the interferometer 30 must be shortened, have. However, in the embodiment of the present invention, the interference is caused by the relative time difference between tau 1 and tau 2, and relatively large tau 1 can be ensured, so that the interference time can be relatively long. This makes it easy to set up the interferometer.

이하에서는 지연 광학계에서 진동을 발생시키는 미러 이동방식 대신에 미러는 고정시키고 광섬유의 길이를 변경하는 방식에 의해 광대역 광원으로부터 분리된 두 개의 광원 간에 시간차를 갖도록 하는 것을 설명한다.Hereinafter, it will be described that the mirror is fixed and the length of the optical fiber is changed in place of the mirror moving method of generating the oscillation in the delay optical system, so that the two light sources separated from the broadband light source have a time difference.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광간섭 측정 장치에서 지연 광학계의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.3 is a view showing another embodiment of a delay optical system in an optical interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 지연 광학계(20)는 광섬유길이조절부(25)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the delay optical system 20 may include an optical fiber length adjuster 25.

광섬유길이조절부(25)는 광 분배 결합기(21)와 제2 콜리메이터 렌즈(22B)를 연결하는 광섬유의 길이를 신축적으로 조절하여 광로 길이를 변경시킨다.The optical fiber length adjuster 25 adjusts the optical path length by elastically adjusting the length of the optical fiber connecting the optical distributor / coupler 21 and the second collimator lens 22B.

광섬유길이조절부(25)는 광로 길이를 변경시키도록 제어기(50)의 제어에 따라 광섬유에 고전압을 인가하여 광섬유의 길이를 신축적으로 조절한다.The optical fiber length adjuster 25 elastically adjusts the length of the optical fiber by applying a high voltage to the optical fiber under the control of the controller 50 so as to change the optical path length.

또한, 지연 광학계(20)는 편광조절부(26)을 포함할 수 있다.Further, the delay optical system 20 may include a polarization controller 26. [

편광조절부(26)는 광 분배 결합기(21)와 제1 콜리메이터 렌즈(22A)를 연결하는 광섬유의 곡률을 변경시키거나 전압을 가하여 광섬유를 통과하는 레이저광의 편광을 조절한다.The polarization controller 26 adjusts the polarization of the laser beam passing through the optical fiber by changing the curvature of the optical fiber connecting the optical distributor / coupler 21 and the first collimator lens 22A or applying a voltage thereto.

광 분배 결합기(21)가 광대역 광원(10)으로부터 입사된 레이저광을 두 개의 레이저광으로 분리하면, 분리된 두 개의 레이저광은 동일한 파형을 가져야 하지만 분리되는 과정에서 파형이 일그러지는 등 파장의 모양이 달라질 수 있다.When the optical distributor / coupler 21 separates the laser beam incident from the broadband light source 10 into two laser beams, the two separated laser beams must have the same waveform. However, in the process of separating, Can vary.

편광조절부(26)는 이와 같이 두 개의 레이저광이 동일한 파형을 가지도록 어느 하나의 레이저광의 편광을 조정하여 레이저광의 파형을 조정한다.The polarization controller 26 adjusts the waveform of the laser light by adjusting the polarization of one of the two laser lights so that the two laser lights have the same waveform.

편광조절부(26)는 레이저광의 파형을 조정할 수 있도록 광섬유의 분산값을 조절할 수도 있다. 이와 같이, 광섬유의 편광과 분산을 조절함으로써 레이저광의 최적화가 용이하다.The polarization controller 26 may adjust the dispersion value of the optical fiber so as to adjust the waveform of the laser light. Thus, the laser light can be easily optimized by controlling the polarization and dispersion of the optical fiber.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광간섭 측정 장치의 개략적인 구성도이다.4 is a schematic configuration diagram of an optical interference measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 4는 광간섭 측정 장치에 피조 간섭계(30) 대신에 마이컬슨 간섭계(Michelson interferometer)(60)를 적용한 것을 나타낸다.4 shows the application of a Michelson interferometer 60 instead of the interferometer 30 to the optical interference measuring apparatus.

마이컬슨 간섭계(60)는 콜리메이터 렌즈(61), 빔 스플리터(62) 및 기준 미러(63)를 포함할 수 있다.The Michelson interferometer 60 may include a collimator lens 61, a beam splitter 62, and a reference mirror 63.

기준 미러(63)는 빔 스플리터(62) 또는 측정대상물(S)로부터 미리 설정된 간격만큼 이격된 위치에 고정 설치된다.The reference mirror 63 is fixed at a position spaced apart from the beam splitter 62 or the measurement object S by a predetermined interval.

피조 간섭계(30)에 적용한 경우와 마찬가지로 마이컬슨 간섭계(60)의 기준 미러(63)를 이동시킬 필요가 없기 때문에 간섭무늬가 진동에 영향을 받지 않는다.It is not necessary to move the reference mirror 63 of the Michelson interferometer 60 as in the case of applying the interference fringe 30, so that the interference fringe is not affected by the vibration.

또한, 기준 미러(63)를 이동시킬 필요가 없기 때문에 기준 미러(63)의 위치 변경이 용이하다.In addition, since it is not necessary to move the reference mirror 63, the position of the reference mirror 63 can be changed easily.

상기한 실시예에서는 광섬유길이조절부(25)와 편광조절부(26)를 모두 가지는 것으로 기재하였지만, 이에 한정되지 않으며, 광섬유길이를 조절하는 대신에 미러를 이동시키는 방식에도 편광조절부(26)를 적용하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.The present invention is not limited to this. The polarization controller 26 may also control the length of the optical fiber instead of adjusting the length of the optical fiber, The same effect can be obtained.

10 : 광대역 광원 20 : 지연 광학계
21 : 광 분배 결합기 22A : 제1 콜리메이터 렌즈
22B : 제2 콜리메이터 렌즈 23A : 제1 미러
23B : 제2 미러 30 : 피조 간섭계
31 : 콜리메이터 렌즈 32 : 빔 스플리터
33 : 기준 미러 40 : 카메라
50 : 제어기10: broadband light source 20: delay optical system
21: optical distributor / coupler 22A: first collimator lens
22B: second collimator lens 23A: first mirror
23B: Second mirror 30: Plot interferometer
31: collimator lens 32: beam splitter
33: reference mirror 40: camera
50:

Claims (8)

간섭무늬를 이용하여 측정대상물의 표면을 측정하는 광간섭 측정 장치에 있어서,
광대역 광원;
상기 광대역 광원으로부터 출력된 레이저광을 시간차를 가진 두 개의 레이저광으로 분리하고, 상기 분리된 두 개의 레이저광을 결합하여 출력하는 지연 광학계; 및
상기 지연 광학계와 광섬유에 의해 연결되고, 상기 지연 광학계로부터 출력된 결합 레이저광이 기준 미러에 반사된 기준광과, 상기 기준 미러를 투과하여 측정대상물에 반사된 측정광을 서로 간섭시켜 간섭무늬를 형성하는 간섭계를 포함하는 광간섭 측정 장치.An optical interference measuring apparatus for measuring a surface of an object to be measured by using an interference fringe,
Broadband light source;
A delay optical system for separating the laser light output from the wideband light source into two laser lights having a time difference and outputting the separated two laser lights in combination; And
An interference fringe is formed by interfering the reference light reflected from the reference mirror and the measurement light reflected by the measurement object through the reference mirror and connected to the delay optical system by an optical fiber, An apparatus for measuring optical interference comprising an interferometer. 제1항에 있어서,
상기 간섭계가 피조 간섭계에 의해 구성된 광간섭 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the interferometer is configured by a pseudo interferometer. 제1항에 있어서,
상기 간섭계가 마이컬슨 간섭계에 의해 구성된 광간섭 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the interferometer is configured by a Michelson interferometer. 제1항에 있어서,
상기 지연 광학계는 광 분배 결합기, 상기 광 분배 결합기로부터 출력된 제1 레이저광의 광축상에 마련된 제1 콜리메이터 렌즈와 제1 미러, 상기 광 분배 결합기로부터 출력된 제2 레이저광의 광축상에 마련된 제2 콜리메이터 렌즈와 제2 미러를 포함하고,
상기 광 분배 결합기는 상기 광대역 광원으로부터 출력된 레이저광을 상기 제1 레이저광과 제2 레이저광으로 분리시키고, 분리된 레이저광들 중 상기 제1 레이저광을 상기 제1 콜리메이터 렌즈를 거쳐 상기 제1 미러에 입사시키고, 상기 제2 레이저광을 상기 제2 콜리메이터 렌즈를 거쳐 상기 제2 미러에 입사시키고, 상기 제1 미러에 반사된 제1 레이저광과, 상기 제2 미러에 반사된 제2 레이저광을 결합하고, 상기 결합된 레이저광을 출력하는 광간섭 측정 장치.The method according to claim 1,
The delay optical system includes a light splitting coupler, a first collimator lens and a first mirror provided on the optical axis of the first laser light output from the optical distributor / coupler, a second collimator lens provided on the optical axis of the second laser light output from the optical distributor / A lens and a second mirror,
The optical splitter combines the laser light output from the broadband light source into the first laser light and the second laser light, and transmits the first laser light among the separated laser lights to the first And the second laser light is made incident on the second mirror via the second collimator lens, and the first laser light reflected by the first mirror and the second laser light reflected by the second mirror And outputs the combined laser light. 제4항에 있어서,
상기 지연 광학계는 상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광이 시간차를 가지도록 상기 제1 미러와 제2 미러 중 어느 하나를 이동시키는 이동부를 포함하는 광간섭 측정 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the delay optical system includes a moving unit that moves any one of the first mirror and the second mirror so that the first laser light and the second laser light have a time difference. 제4항에 있어서,
상기 지연 광학계는 상기 광 분배 결합기와 상기 제1 콜리메이터 렌즈를 연결하는 제1 광섬유와, 상기 광 분배 결합기와 상기 제2 콜리메이터 렌즈를 연결하는 제2 광섬유를 포함하고,
상기 제1 레이저광과 상기 제2 레이저광이 시간차를 가지도록 상기 광섬유의 길이를 가변시키는 광섬유길이조절부가 마련된 광간섭 측정 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the delay optical system includes a first optical fiber connecting the optical distributor and the first collimator lens and a second optical fiber connecting the optical distributor and the second collimator lens,
And an optical fiber length adjuster for varying the length of the optical fiber so that the first laser light and the second laser light have a time difference. 제4항에 있어서,
상기 지연 광학계는 상기 광 분배 결합기와 상기 제1 콜리메이터 렌즈를 연결하는 제1 광섬유와, 상기 광 분배 결합기와 상기 제2 콜리메이터 렌즈를 연결하는 제2 광섬유를 포함하고,
상기 제1 광섬유와 상기 제2 광섬유 중 어느 하나에는 광섬유의 편광을 조절하는 편광조절부가 마련된 광간섭 측정 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the delay optical system includes a first optical fiber connecting the optical distributor and the first collimator lens and a second optical fiber connecting the optical distributor and the second collimator lens,
Wherein the first optical fiber and the second optical fiber are provided with a polarization controller for controlling the polarization of the optical fiber. 제1항에 있어서,
상기 기준 미러는 상기 측정대상물로부터 미리 설정된 간격으로 고정 설치된 광간섭 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the reference mirror is fixed at a predetermined interval from the measurement object.
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